高考申論題
115年
[環保技術] 環境化學與環境微生物學
第 四 題
地下水受三氯乙烯（TCE）污染時，可利用生物復育進行整治。TCE 的微生物轉化主要包括好氧氧化與厭氧還原脫氯。請從微生物細胞能量學的角度，分別說明微生物如何參與 TCE 的好氧與厭氧轉化，並比較 TCE 在兩種途徑中分別扮演何種角色？（25 分）
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
本題測驗氯化溶劑（特別是 TCE）的兩大生物降解途徑。關鍵字是「微生物細胞能量學」與「TCE 扮演的角色」。思考引導：1. 切割成兩部分：好氧氧化、厭氧還原。2. 好氧氧化（Aerobic oxidation）：這通常是「共代謝（Cometabolism）」機制。微生物為了獲取能量，氧化甲烷或甲苯（提供電子與 ATP），其產生的非專一性加氧酶（如 MMO）「不小心/附帶」氧化了 TCE。能量學角度：微生物無法從降解 TCE 中獲得能量，反而可能消耗細胞能量（NADH）。TCE 角色：共代謝物質（非生長基質）。3. 厭氧還原脫氯（Anaerobic reductive dechlorination）：這被稱為「脫鹵呼吸（Halorespiration）」。微生物（如 Dehalococcoides）利用氫氣或小分子有機物為電子提供者，TCE 角色：終極電子受體（Terminal electron acceptor）。能量學角度：電子的轉移過程會產生質子梯度（PMF），進而合成 ATP，微生物「能」從中獲取生長所需的能量。4. 比較兩者的差異，作成結論。
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【考點分析】 本題核心考點為含氯有機溶劑（如三氯乙烯 TCE）的生物復育機制，重點在於區辨「好氧共代謝（Cometabolism）」與「厭氧還原脫鹵呼吸（Dehalorespiration）」在微生物細胞能量學（ATP 生成與電子傳遞）及 TCE 扮演角色上的根本差異。 【理論/法規依據】
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TCE 生物復育機制
💡 區分 TCE 在好氧共代謝與厭氧呼吸中獲取能量的差異
| 比較維度 | 好氧氧化 (共代謝) | VS | 厭氧還原 (鹵素呼吸) |
|---|---|---|---|
| TCE 扮演角色 | 共受質 (附帶反應物) | — | 終極電子受體 |
| 能量獲取 (ATP) | 無法獲取，甚至耗能 | — | 可獲取維持生長能量 |
| 必要外部條件 | 需主要生長基質 | — | 需電子提供者 (如 H2) |
| 典型微生物 | 甲烷氧化菌 | — | 脫鹵球菌屬 (DHC) |
💬好氧氧化是「順便」降解且不產能，厭氧呼吸是「主動」利用且能產能。
